Меню

Электротехнические измерения методы измерений



Виды и методы электрических измерений

При изучении электротехники приходится иметь дело с электрическим, магнитными и механическими величинами и измерять эти величины.

Измерить электрическую, магнитную или какую-либо иную величину — это значит сравнить ее с другой однородной величиной, принятой за единицу.

В этой статье рассмотрена классификация измерений, наиболее важная для теории и практики электрических измерений. К такой классификации можно отнести классификацию измерений с методологической точки зрения, т. е. в зависимости от общих приемов получения результатов измерений (виды или классы измерений), классификацию измерений в зависимости от использования принципов и средств измерений (методы измерений) и классификацию измерений в зависимости от динамики измеряемых величин.

Виды электрических измерений

В зависимости от общих приемов получения результата измерения делятся на следующие виды: прямые, косвенные и совместные.

К прямым измерениям относятся те, результат которых получается непосредственно из опытных данных. Прямое измерение условно можно выразить формулой Y = Х, где Y — искомое значение измеряемой величины; X — значение, непосредственно получаемое из опытных данных. К этому виду измерений относятся измерения различных физических величин при помощи приборов, градуированных в установленных единицах.

Например, измерения силы тока амперметром, температуры — термометром и т. д. К этому виду измерений относятся и измерения, при которых искомое значение величины определяется непосредственным сравнением ее с мерой. Применяемые средства и простота (или сложность) эксперимента при отнесении измерения к прямому не учитываются.

Косвенным называется такое измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. При косвенных измерениях числовое значение измеряемой величины определяется путем вычисления по формуле Y = F (Xl, Х2 . Х n ), где Y — искомое значение измеряемой величины; Х 1 , Х2, Х n — значения измеренных величин. В качестве примера косвенных измерений можно указать на измерение мощности в цепях постоянного тока амперметром и вольтметром.

Совместными измерениями называются такие, при которых искомые значения разноименных величин определяются путем решения системы уравнений, связывающих значения искомых величин с непосредственно измеренными величинами . В качестве примера совместных измерений можно привести определение коэффициентов в формуле, связывающей сопротивление резистора с его температурой: Rt = R20 [1+α (T1-20)+β(T1-20)]

Методы электрических измерений

В зависимости от совокупности приемов использования принципов и средств измерений все методы делятся на метод непосредственной оценки и методы сравнения.

Сущность метода непосредственной оценки заключается в том, что о значении измеряемой величины судят по показанию одного (прямые измерения) или нескольких (косвенные измерения) приборов, заранее проградуированных в единицах измеряемой величины или в единицах других величин, от которых зависит измеряемая величина.

Простейшим примером метода непосредственной оценки может служить измерение какой-либо величины одним прибором, шкала которого проградуирована в соответствующих единицах.

Вторая большая группа методов электрических измерений объединена под общим названием методов сравнения . К ним относятся все те методы электрических измерений, при которых измеряемая величина сравнивается с величиной, воспроизводимой мерой. Таким образом, отличительной чертой методов сравнения является непосредственное участие мер в процессе измерения.

Методы сравнения делятся на следующие: нулевой, дифференциальный, замещения и совпадения.

Нулевой метод — это метод сравнения измеряемой величины с мерой, при котором результирующий эффект воздействия величин на индикатор доводится до нуля. Таким образом, при достижении равновесия наблюдается исчезновение определенного явления, например тока в участке цепи или напряжения на нем, что может быть зафиксировано при помощи служащих для этой цели приборов — нуль-индикаторов. Вследствие высокой чувствительности нуль-индикаторов, а также потому, что меры могут быть выполнены с большой точностью, получается и большая точность измерений.

Примером применения нулевого метода может быть измерение электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием.

При дифференциальном методе , так же как и при нулевом, измеряемая величина сравнивается непосредственно или косвенно с мерой, а о значении измеряемой величины в результате сравнения судят по разности одновременно производимых этими величинами эффектов и по известной величине, воспроизводимой мерой. Таким образом, в дифференциальном методе происходит неполное уравновешивание измеряемой величины, и в этом заключается отличие дифференциального метода от нулевого.

Дифференциальный метод сочетает в себе часть признаков метода непосредственной оценки и часть признаков нулевого метода. Он может дать весьма точный результат измерения, если только измеряемая величина и мера мало отличаются друг от друга.

Например, если разность этих двух величин равна 1 % и измеряется с погрешностью до 1 %, то тем самым погрешность измерения искомой величины уменьшается до 0,01%, если не учитывать погрешности меры. Примером применения дифференциального метода может служить измерение вольтметром разности двух напряжений, из которых одно известно с большой точностью, а другое является искомой величиной.

Метод замещения заключается в поочередном измерении искомой величины прибором и измерении этим же прибором меры, воспроизводящей однородную с измеряемой величину. По результатам двух измерений может быть вычислена искомая величина. Вследствие того что оба измерения делаются одним и тем же прибором в одинаковых внешних условиях, а искомая величина определяется по отношению показаний прибора, в значительной мере уменьшается погрешность результата измерения. Так как погрешность прибора обычно неодинакова в различных точках шкалы, наибольшая точность измерения получается при одинаковых показаниях прибора.

Примером применения метода замещения может быть измерение сравнительно большого электрического сопротивления на постоянном токе путем поочередного измерения силы тока, протекающего через контролируемый резистор и образцовый. Питание цепи при измерениях должно производиться от одного и того же источника тока. Сопротивление источника тока и прибора, измеряющего ток, должно быть очень мало по сравнению с изменяемым и образцовым сопротивлениями.

Метод совпадений — это такой метод, при котором разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов. Этот метод широко применяется в практике неэлектрических измерений.

Примером может служить измерение длины штангенциркулем с нониусом. В электрических измерениях в качестве примера можно привести измерение частоты вращения тела стробоскопом.

Укажем еще классификацию измерений по признаку изменения во времени измеряемой величины . В зависимости от того, изменяется ли измеряемая величина во времени или остается в процессе измерения неизменной, различаются статические и динамические измерения. Статическими называются измерения постоянных или установившихся значений. К ним относятся и измерения действующих и амплитудных значений величин, но в установившемся режиме.

Если измеряются мгновенные значения изменяющихся во времени величин, то измерения называются динамическими . Если при динамических измерениях средства измерений позволяют непрерывно следить за значениями измеряемой величины, такие измерения называются непрерывными.

Можно осуществить измерения какой-либо величины путем измерений ее значений в некоторые моменты времени t 1 , t2 и т. д. В результате окажутся известными не все значения измеряемой величины, а лишь значения в выбранные моменты времени. Такие измерения называются дискретными .

Источник

Учебные материалы

Электрическим измерением называют нахождение значений физических величин в электронике и электротехнике опытным путем с помощью специальных технических средств (например, с помощью электроизмерительных приборов).

Устройства, воспроизводящие единицу измерения, с которой сравнивается измеряемая величина, называются мерами.
В зависимости от степени точности и области применения меры подразделяют на эталоны, образцовые и рабочие.

Эталоны обеспечивают воспроизведение и хранение единицы физической величины с наивысшей для данного уровня техники точностью.

Образцовые меры служат для поверки и градуировки рабочих мер и измерительных приборов.

Рабочие меры используют для поверки измерительных приборов и для непосредственных измерений в научных организациях и на промышленных предприятиях.

В зависимости от способа получения результатов измерения делят на два вида: прямые и косвенные.

Прямыми называют измерения, при которых искомое значение физической величины определяют непосредственно по показанию прибора. К ним относятся: измерение тока амперметром, электроэнергии — счетчиком, напряжения — вольтметром и др.

Косвенными называют измерения, при которых искомое значение физической величины находят на основании известной функциональной зависимости между этой величиной и величинами, полученными в результате прямых измерений (определение электрического сопротивления R по показаниям амперметра и вольтметра, т. е. R = U/I).

В зависимости от приемов использования принципов измерений и измерительных приборов все методы измерения делятся на методы непосредственной оценки и методы сравнения.

Под методом непосредственной оценки понимают метод, при котором значение измеряемой величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора (значение тока — по амперметру, значение напряжения — по вольтметру и др.).

Метод непосредственной оценки прост, но отличается сравнительно невысокой точностью.

Методом сравнения называют метод, при котором измеряемая величина в измерительной цепи сравнивается с величиной, воспроизводимой мерой.
Методы сравнения подразделяют на нулевой, дифференциальный и замещения.

Нулевой метод — это метод сравнения измеряемой величины с мерой, в котором результирующий эффект воздействия сравниваемых величин на прибор доводят до нуля (измерение электрического сопротивления с помощью уравновешенного моста).

Дифференциальный метод — это метод сравнения, в котором на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и величины, воспроизводимой мерой (измерение электрического сопротивления с помощью неуравновешенного моста).

Метод замещения — это метод сравнения, в котором измеряемую величину в измерительной цепи замещают известной величиной, воспроизводимой мерой.

Источник

Методы электрических измерений

Вопрос

Электрическое поле — одна из двух компонент электромагнитного поля, представляющая собой векторное поле, существующее вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом.

Электрические заряды взаимодействуют между собой, т. е. одноименные заряды взаимно отталкиваются, а разноименные притягиваются. Силы взаимодействия электрических зарядов определяются законом Кулона и направлены по прямой линии, соединяющей точки, в которых сосредоточены заряды.

Согласно закону Кулона, сила взаимодействия двух точечных электрических зарядов прямо пропорциональна произведению количеств электричества в этих зарядах, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и зависит от среды, в которой находятся заряды:

Вопрос

Потенциал — Величина, характеризующая запас энергии тела, находящегося в данной точке поля (электрического, магнитного).

Напряжённость электри́ческого по́ля— векторная физическая величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и численно равная отношению силы действующей на неподвижный точечный заряд, помещённый в данную точку поля, к величине этого заряда

Вопрос

Электрическое поле — одна из двух компонент электромагнитного поля, представляющая собой векторное поле, существующее вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом.

Проводники

К проводникам относятся все металлы и их сплавы, а также электротехнический уголь
К жидким проводникам относятся:вода, раствор солей, кислот и щелочей.
К газообразным относятся ионизированные газы.
Электрический ток в твердых проводниках-это направленное движение свободных электронов под действием ЭДС.
Свойства проводников:Электрические, Физические, Механические, Химические.

Диэлектрики

Не пропускают электрический ток .Диэлектрики обладают высоким удельным сопротивлением. Используются для защиты проводника от влаги, механических повреждений, пыли.

Диэлектрики бывают:твердые- все неметаллы;жидкие- масла, синтетические жидкости СОВОЛ, СОВТОЛ; газообразные- все газы: воздух, кислород, азот и т.д.

Свойства диэлектриков:Электрические свойства, Физико-химические свойства, Химические, Механические.

Вопрос

Виды электрических измерений.Прямым измерениям относятся те, результат которых получается непосредственно из опытных данных. Прямое измерение условно можно выразить формулой Y = Х, К этому виду измерений относятся измерения различных физических величин при помощи приборов, градуированных в установленных единицах. К этому виду измерений относятся и измерения, при которых искомое значение величины определяется непосредственным сравнением ее с мерой

Косвенным называется такое измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. При косвенных измерениях числовое значение измеряемой величины определяется путем вычисления по формуле Y = F (Xl, Х2 . Хn), В качестве примера косвенных измерений можно указать на измерение мощности в цепях постоянного тока амперметром и вольтметром.

Совместными измерениями называются такие, при которых искомые значения разноименных величин определяются путем решения системы уравнений, связывающих значения искомых величин с непосредственно измеренными величинами. В качестве примера совместных измерений можно привести определение коэффициентов в формуле, связывающей сопротивление резистора с его температурой: Rt = R20 [1+α (T1-20)+β(T1-20)]

Методы электрических измерений

Нулевой метод — это метод сравнения измеряемой величины с мерой, при котором результирующий эффект воздействия величин на индикатор доводится до нуля. Таким образом, при достижении равновесия наблюдается исчезновение определенного явления, например тока в участке цепи или напряжения на нем, что может быть зафиксировано при помощи служащих для этой цели приборов — нуль-индикаторов. Вследствие высокой чувствительности нуль-индикаторов, а также потому, что меры могут быть выполнены с большой точностью, получается и большая точность измерений. Примером применения нулевого метода может быть измерение электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием.

При дифференциальном методе, так же как и при нулевом, измеряемая величина сравнивается непосредственно или косвенно с мерой, а о значении измеряемой величины в результате сравнения судят по разности одновременно производимых этими величинами эффектов и по известной величине, воспроизводимой мерой. Таким образом, в дифференциальном методе происходит неполное уравновешивание измеряемой величины, и в этом заключается отличие дифференциального метода от нулевого.

Метод замещения заключается в поочередном измерении искомой величины прибором и измерении этим же прибором меры, воспроизводящей однородную с измеряемой величину. По результатам двух измерений может быть вычислена искомая величина. Вследствие того что оба измерения делаются одним и тем же прибором в одинаковых внешних условиях, а искомая величина определяется по отношению показаний прибора, в значительной мере уменьшается погрешность результата измерения. Так как погрешность прибора обычно неодинакова в различных точках шкалы, наибольшая точность измерения получается при одинаковых показаниях прибора.

Метод совпадений — это такой метод, при котором разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов. Этот метод широко применяется в практике неэлектрических измерений. Примером может служить измерение длиныштангенциркулем с нониусом. В электрических измерениях в качестве примера можно привести измерение частоты вращения тела стробоскопом.

Источник

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

1 ПРИДНЕСТРОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Т.Г. ШЕВЧЕНКО ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ Кафедра электротехнологического оборудования ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ Курс лекций Тирасполь, 2016

2 УДК (075.8) ББК З221я73 Э45 Составитель: А.В. Костантиновская, преподаватель ПГУ Рецензенты: А.А. Мельниченко, гл. технолог НП ЗАО «Электромаш» Т.И. Боровик, доцент кафедры ЭТО Электротехнические измерения: Курс лекций/ Сост. А.В.Костантиновская. -Тирасполь, с. Курс лекций разработан в соответствии с рабочей программой курса «Электротехнические измерения» для студентов, обучающихся по направлению «Компьютерные системы и комплексы», для студентов дневной формы обучения, содержит теоретический материал по курсу и может быть использован студентами при подготовке к зачету по дисциплине. УДК (075.8) ББК З221я73 Э45 Рекомендовано Научно-методическим советом ПГУ им.т.г. Шевченко А.В. Костантиновская, составление,

Читайте также:  Как измерить температуру тела кошке

3 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение 5 Раздел 1. Государственная система обеспечения единства измерений 8 Тема 1.1. Основные виды и методы измерений, их классификация. 8 Тема 1.2. Метрологические показатели средств измерения 22 Раздел 2. Приборы формирования стандартных измерительных сигналов 33 Тема 2.1. Генераторы сигналов низкой частоты 33 Тема 2.2. Генераторы сигналов высокой частоты 38 Тема 2.3. Генераторы импульсных сигналов 41 Раздел 3. Измерение токов, напряжений, мощности 44 Тема 3.1. Измерение постоянных токов и напряжений электромеханическими измерительными приборами 44 Тема 3.2. Аналоговые электронные и цифровые вольтметры 49 Тема 3.3. Измерение мощности 58 Раздел 4. Исследование формы сигналов 64 Раздел 5. Измерение параметров сигналов 74 3

4 Тема 5.1. Измерение частоты и временных интервалов электрических сигналов 74 Тема 5.2. Измерение фазы гармонических сигналов 78 Раздел 6. Измерение амплитудно-частотных характеристик 82 Раздел 7. Измерение параметров компонентов электрических и электронных цепей 88 Тема 7.1. Измерение параметров с сосредоточенными параметрами 88 Тема 7.2. Измерение параметров полупроводниковых приборов 98 Раздел 8. Влияние измерительных приборов на точность измерений 103 Раздел 9. Автоматизация электротехнических измерений 107 Литература 112 4

5 ВВЕДЕНИЕ Электротехнические измерения представляют собой совокупность электрических и электронных измерений, которые можно рассматривать как один из разделов метрологии. Название «метрология» образовано от двух греческих слов: metron мера и logos слово, учение; дословно: учение о мере. В современном понимании метрологией называют науку об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Познание человеком окружающего мира неразрывно связано с наблюдениями и экспериментами. Получение информации в процессе наблюдения и экспериментов базируется на измерениях. На протяжении всей истории развития науки и техники перед человеком возникало и возникает множество вопросов и проблем, для решения которых необходимо располагать количественной информацией о том или ином свойстве объектов материального мира (явлении, процессе, веществе, изделии, теле и др.). Основным способом получения такой информации являются измерения, при правильном выполнении которых находится результат измерения, с большей или меньшей точностью отражающий интересующие свойства объекта познания. В первой половине восемнадцатого века один из французских ученых Шарль Дюфе изобрел прибор для изучения электричества в атмосфере, и назвал его электроскоп. Спустя несколько лет, его дело подхватил российский естествоиспытатель М.Ломоносов. Проходит совсем немного времени и в середине 80-х годов восемнадцатого века такая наука, как электростатика совершает рывок вперед, после изобретения Ш.Кулоном его знаменитых крутильных весов (электростатическое устройство). После изобретения первых электроизмерительных приборов начался период накопления знаний. В девятнадцатом веке они достигли такого объема, что науке об электричестве пришлось выделять отдельные отрасли. Такой отраслью стала электродинамика. В это время появляются первые гальванометры приборы для измерения постоянного и переменного тока. Приблизительно в этот же период, ученые выделяют еще одну отрасль электротехнику. Физики по всему миру начинают разрабатывать новые методы электроизмерений. Э.Ленц выделяет 5

6 баллистический метод, Кристи мостовой, а И. Поггендорф компенсационный. Для любого измерения, необходимо оперировать какими-то эталонными величинами. Ученые начинают разрабатывать свои единицы измерений. Российский физик Б.С.Якоби предлагает за одну единицу электрического сопротивления принять сопротивление медной проволоки, длина которой составляла 25 футов (7,62 м), а вес равнялся 345 гран (22,5 г). Французскими академиками принимается несколько другая единица измерения единица Бреге. Бреге равнялась сопротивлению стальной проволоки длиной 1 км. и диаметром 4 мм. В Германии за единицу сопротивления приняли ртутный столб и т.д. Электротехника начала свое активное развитие после создания и применения в разных отраслях электрогенераторов. Лучшие электротехники девятнадцатого века трудились над созданием различных приборов для электроизмерений. Без этих технических средств дальнейшее развитие этой области стало бы невозможно. В конце 19-го столетия двое французских ученых д Арсонваль и Депре создают первый высокочувствительный гальванометр. Спустя несколько лет российский физик М. Доливо-Добровольский создает приборы, которые позже лягут в основу современных вольтметров, амперметров и ваттметров. Электротехнические измерения широко используются во многих сферах жизни: -медицине (компьютерная томография, кардиографы и многое другое); -торговле (весовая измерительная база, терминалы); -службе ГИБДД (определение скорости перемещения автомобиля, основанное на эффекте Доплера); -службе времени (разнообразные часы); -быту (счетчики для учета расхода воды, электроэнергии, тепла). Широкое использование электротехнических измерений в смежных отраслях, например в микроэлектронике для оценки изделий и технологических процессов, решает проблемы повышения качества продукции, а качество в условиях рыночной экономики является важнейшим показателем конкурентоспособности любого изделия. 6

7 Одно из главных направлений развития современной измерительной техники переход на цифровые методы с использованием приборов с цифровым отсчетом, автоматизация измерений и дальнейшее развитие компьютерно-измерительных систем (КИС), в частности, их разновидности виртуальных измерительных приборов. Огромное количество измерений производится с помощью разных по принципу действия и точности средств измерения. Результаты измерений, полученные экспериментаторами в разное время и в разных местах, должны быть сопоставимы между собой. Необходимо также обеспечить единство измерений в масштабах каждого предприятия и всего государства в целом. Поэтому органы метрологического надзора наделены законодательными функциями. Нормативно-техническая документация разрабатывается с учетом норм и правил выполнения измерений, а также требований, направленных на достижение единства измерений. Порядок разработки и испытаний средств измерения, термины, определения, единицы физических величин и правила их применения унифицированы и узаконены стандартами Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ) и другими обязательными к применению нормативными документами. Электротехнические измерения играют существенную роль в развитии современной техники. Это касается не только таких отраслей, как электроэнергетика, радиоэлектроника, вычислительная техника, но и многих других, поскольку электронные измерительные приборы применяются для измерения любых электрических и неэлектрических величин. Создание информационно-измерительных систем (комплексов измерительной аппаратуры, объединенных с ЭВМ) позволило автоматизировать сложные технологические процессы и функционирование различных систем. Внедрение в измерительную технику микропроцессоров облегчило дальнейшее совершенствование средств измерений, создание нового поколения программируемых измерительных приборов с повышенными метрологическими характеристиками. 7

8 РАЗДЕЛ 1. ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ Тема 1.1. Основные виды и методы измерений, их классификация Основные метрологические понятия, термины и определения формулируются государственными стандартами. Измерение это процесс нахождения значения физической величины опытным путем с помощью специальных средств. В зависимости от способа получения результата измерения делятся на прямые и косвенные. При прямых измерениях искомая физическая величина определяется непосредственно по индикатору прибора: напряжение — вольтметра, частота — частотомера, сила тока — амперметра. Прямые измерения очень распространены в метрологической практике. При косвенных измерениях интересующая нас величина находится расчетным путем по результатам измерений других величин, связанных с искомой величиной определенной функциональной зависимостью. Например, измерив силу тока и напряжение, на основании известной формулы можно определить мощность: P x = U I (1.1) Косвенные измерения также часто применяются в метрологической практике. Мера (прибор) это средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. По своему метрологическому значению, по той роли, которую они играют в деле обеспечения единообразия и верности, меры делятся на образцовые и рабочие. Эталон это тело или устройство самой высокой точности, служащее для воспроизведения и хранения единицы физической величины и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме. Примером точности эталона может служить Российский государственный эталон времени, погрешность которого за лет не будет превышать 1с. Физическая величина это свойство, общее в качественном отношении для множества объектов, физических систем, их состояний и происходящих в них процессов, но индивидуальное в 8

9 количественном отношении для каждого из них. По принадлежности к различным группам физических процессов физические величины делятся на электрические, магнитные, пространственно-временные, тепловые и пр. Значение физической величины это оценка физической величины в принятых единицах измерения (например, 5 ма значение силы тока, причем 5 это числовое значение). Именно этот термин применяют для выражения количественной характеристики рассматриваемого свойства. Не следует говорить и писать «величина силы тока», «величина напряжения», поскольку сила тока и напряжение сами являются величинами. Следует использовать термины «значение силы тока», «значение напряжения». Единица физической величины это физическая величина, которой по определению присвоено стандартное числовое значение, равное единице. Единицы физических величин подразделяются на основные и производные. Из-за большого диапазона реальных значений большинства измеряемых физических величин применение целых единиц не всегда удобно, поскольку в результате измерений получаются большие или малые их значения. Поэтому в системе измерений СИ (SI система интернациональная) установлены дольные и кратные единицы. Табл Электрические единицы измерения, используемые в электронике Электрическая величина Единицы измерения Соотношение Основная Кратная или дольная кратных (дольных) и основных единиц Наименование Символ обозначения Наименование Русское обозначение Международное обозначение Наименование Русское обозначение Международное обозначение Сопротивление R, r ом Ом Ω мегаом килоом Сила тока I, i ампер А A миллиампер микроампер Напряжение и U, u вольт В V киловольт ЭДС E, e милливольт микровольт Мощность P ватт Вт W гигаватт мегаватт микроватт МОм ком ма мка кв мкв ГВт МВт мквт MΩ kω ma μa kv μv GW MW μw 1 МОм=10 6 Ом 1 ком=10 3 Ом 1 ма=10-3 А 1 мка=10-6 А 1 кв=10 3 В 1 мкв=10-6 В 1 ГВт=10 9 Вт 1 МВт=10 6 Вт 1 мквт=10-6 Вт 9

10 Электрическая величина Единицы измерения Соотношение Основная Кратная или дольная кратных (дольных) и основных единиц Наименование Символ обозначения Наименование Русское обозначение Международное обозначение Наименование Русское обозначение Международное обозначение Емкость C фарад Ф F микрофарад нанофарад пикофарад Индуктивность L генри Гн H миллигенри микрогенри Частота F, f герц Гц Hz гигагерц мегагерц Период T секунда с s милисекунда наносекунда Длина волны λ метр м m миллиметр сантиметр дециметр мкф нф пф мгн мкгн ГГц МГц мс нс мм см дм Сдвиг фаз φ радиан рад rad градус º º μf nf pf mh μh GHz MHz ms ns mm cm dm 1 мкф=10-6 Ф 1 нф=10-9 Ф 1 пф=10-12 Ф 1 мгн=10-3 Гн 1 мкгн=10-6 Гн 1 ГГц=10 9 Гц 1 МГц=10 6 Гц 1 мс=10-3 с 1 нс=10-9 с 1 мм=10-3 м 1 см=10-2 м 1 дм=10-1 м 1 π = 180 рад Кратная единица физической величины всегда больше основной (системной) в целое число раз. Например, мегаом (10 6 Ом), киловольт (10 3 В) Дольная единица физической величины меньше основной (системной) в целое число раз. Например, нанофарад (10-9 Ф), микроампер (10-6 А). При выбранной оценке физической величины ее можно охарактеризовать истинным и действительным (измеренным) значением измеряемой физической величины. Истинное (действительное) значение физической величины это значение, свободное от погрешности. Нахождение истинного значения является главной проблемой метрологии, так как погрешности при измерении неизбежны. В связи с этим на практике за истинное значение принимают показание образцовой меры (прибора), погрешность которой пренебрежимо мала по сравнению с погрешностью применяемых рабочих мер (приборов). Измеренное значение физической величины это значение величины, отсчитанное по рабочей мере (прибору). Измерительный прибор это средство измерения, в результате применения которого измеряемая физическая величина становится показанием. 10

11 По принципу действия все измерительные приборы делятся на две группы: — электромеханические приборы, используемые в цепях постоянного тока и на низких частотах; — электронные приборы, используемые в цепях постоянного тока и во всем диапазоне частот. По способу выдачи результата измерительные приборы подразделяются на: — аналоговые (со стрелочным индикатором, самопишущие), показания которых являются непрерывной функцией измерения и измеряемой величины; — цифровые, показания которых образуются в результате автоматического вырабатывания дискретных сигналов измерительной информации, представленной в цифровой форме. Различают измерительные приборы прямого действия и приборы сравнения. Приборы прямого действия отображают измеряемую величину на индикаторе в единицах этой величины. Изменения рода физической величины в процессе измерения не происходит. К таким приборам относятся амперметры и вольтметры. Приборы сравнения (компараторы) служат для сравнения измеряемых величин с величинами, значения которых известны. По назначению приборы делят на рабочие и образцовые. Рабочие приборы предназначены только для измерения во всех областях хозяйственной деятельности. Образцовые приборы служат для поверки и градуирования рабочих приборов. Погрешность измерения образцовых приборов на 1 2 порядка меньше по сравнению с рабочими приборами. Стоимость прибора напрямую связана с погрешностью измерения: если прибор имеет погрешность в 10 раз меньше, то стоит такой прибор в 10 раз дороже. Использовать образцовые приборы для массовых измерений экономически нецелесообразно, поэтому в лабораториях учебных заведений и на производстве применяются в основном рабочие приборы. Шкалы аналоговых измерительных приборов (АИП) классифицируются по следующим признакам: 1. По признаку равномерности различают: — равномерная шкала это шкала с делениями постоянной длины и с постоянной ценой деления (рис. 1.1, а). Такую шкалу 11

12 имеют электромеханические приборы только магнитоэлектрической системы; — неравномерная шкала это шкала с делениями непостоянной длины и с непостоянной ценой деления (рис. 1.1, б). Такую шкалу имеют электромеханические приборы выпрямительной, электромагнитной, электродинамической, ферродинамической, электростатической, термоэлектрической систем. Рис Шкалы аналоговых приборов: равномерная (а), неравномерная (б), прямая (б), обратная (г), односторонняя (с)), двухсторонняя (е), безнулевая (ж) 2. По признаку направления градуирования различают: — прямая шкала градуирована слева направо, т.е. нуль на шкале расположен слева (рис 1.1, в). Такая шкала является самой распространенной в АИП; — обратная шкала градуирована справа налево, т.е. нуль на шкале расположен справа (рис. 1.1, г). Такая шкала используется, например, в аналоговых мультиметрах при отсчете значения сопротивления резисторов и емкости конденсаторов. 3. По положению нуля на шкале и направлению движения стрелки индикатора различают: — односторонняя шкала это шкала, стрелка индикатора которой при измерении отклоняется только в одну сторону от нуля (рис. 1.1, д). Такая шкала является самой распространенной; 12

13 — двухсторонняя шкала это шкала, стрелка индикатора при измерении которой отклоняется как влево, так и вправо от нуля. Причем отклонение влево от нуля дает отрицательные значения измеряемой величины, а отклонение вправо — положительные (рис. 1.1, е). Такую шкалу имеют индикаторы аналоговых измерительных мостов и гальванометры; — безнулевая шкала это шкала, на которой отсутствует нулевая отметка (рис. 1.1, ж). Такую шкалу имеют электромеханические частотомеры, генераторы, градуированные по частоте, длительности импульсов, временному сдвигу. Электромеханические и электронные АИП достаточно широко распространены в метрологической практике. Приборы и их шкалы характеризуются рядом основных показателей. Деление шкалы это промежуток между двумя соседними отметками шкалы. Цена деления шкалы (постоянная прибора), С, указывает число единиц измеряемой величины, приходящееся на одно деление шкалы (рис.1.2): Рис Определение цены деления шкалы c = A 2 A 1 (1.2), n где А 1, А 2 соседние оцифрованные деления; n количество делений между двумя цифрами. На примере (см. рис. 1.2) цена деления шкалы составляет (20 10)В В с = = 2 5 дел дел В неравномерной шкале цену деления находят на участке шкалы (только не в начале) между двумя соседними оцифрованными делениями. Шаг шкалы это интервал оцифрованных делений на шкале прибора. Например, если на шкале индикатора нанесены оцифрованные деления , то шаг шкалы равен

Читайте также:  Как измерить познавательный интерес

14 Рабочий участок шкалы это участок, в пределах которого погрешность прибора не выходит за указанный класс точности. Для шкалы миллиамперметра, показанной на рис. 1.3, а, рабочим участком является участок от 10 до 50 ма (он же является диапазоном измерения в однопредельном приборе). Для шкалы вольтметра, показанной на рис. 1.3 б, рабочим участком является участок от 3 до 10 В. На рабочем участке завод-изготовитель приборов гарантирует заявленный класс точности с первого оцифрованного деления шкалы аналогового индикатора. Рис Шкалы аналоговых приборов с разными рабочими участками: миллиамперметра (а), и вольтметра (б) Чувствительность, s, прибора по измеряемому параметру показывает число делений шкалы, приходящееся на единицу измеряемой величины, т.е. является величиной, обратной цене деления: s = 1 c = 14 n A 2 A 1 (1.3). Чувствительность многопредельного прибора определяют на самом малом пределе измерения. Частотный диапазон прибора необходимо знать для правильного его использования и для получения наименьшей погрешности измерения. Частотный диапазон это полоса частот, в пределах которой погрешность прибора, полученная при изменении частоты сигнала, не превышает допустимого предела. Различают приборы для работы в цепях постоянного тока, переменного тока и универсальные (используемые в цепях постоянного и переменного тока). Для приборов, работающих в цепях постоянного тока, частота равна пулю; для приборов, работающих в цепях переменного тока, и универсальных приборов на шкале индикатора и в паспорте обычно указывается частотный диапазон. Внутреннее сопротивление прибора (амперметра, вольтметра) обычно указывается в паспорте и на лицевой панели (прямо или косвенно). Для амперметров характерно малое сопротивление R A, для вольтметров большое сопротивление R В.

15 Потребляемая прибором мощность определяется по следующим формулам: для амперметра P A = I 2 H R A (1.4), а для вольтметров P B = U H 2 R B (1.5). Чем потребляемая мощность меньше, тем точнее измерение. Потребляемый вольтметром ток выражается формулой: I B = U H R B (1.6). Падение напряжения на амперметре формулой: U A = I H R A (1.7). Рабочее положение прибора может быть разным: — горизонтальным (на шкале обозначается символами или ); — вертикальным (на шкале обозначается символами или ); — наклонным (на шкале обозначается символом с указанием угла наклона). Если допускается любое рабочее положение, то обозначение отсутствуют. Расшифровка знаков и символов, указанных на лицевой панели прибора приведена в табл.1.2. Табл Условные обозначения на шкалах электроизмерительных приборов Наименование Условное обозначение Буквенный шифр Прибор магнитоэлектрической системы с подвижной рамкой М Прибор электромагнитной системы Э Прибор системы электродинамической Д Прибор ферродинамической системы Прибор электростатической системы д С 15

16 Наименование Условное обозначение Буквенный шифр Прибор выпрямительной системы с выпрямителем (выпрямительный прибор) В Прибор магнитоэлектрический с электронным преобразователем в измерительной цепи (электронный прибор) Прибор термоэлектрической системы — Т Прибор вибрационной системы — Ток постоянный — Ток переменный (однофазный) — Ток постоянный и переменный (универсальный прибор) — Ток трехфазный переменный (общее обозначение) — Прибор применять при вертикальном положении шкалы — Прибор применять при горизонтальном положении шкалы — Наклонное (с углом 60 ) — Класс точности прибора, например 1,5 — Напряжение испытательное, например 2 кв — Прибор защищен от влияния внешнего магнитного поля (1 — категория защищенности) Прибор защищен от влияния внешнего электрического поля (1 — категория защищенности) Внимание! Смотри указания в инструкции по эксплуатации прибора — Предел измерений параметра, А max это наибольшее значение диапазона измерений. 16

17 Диапазон измерений параметра это область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности АИП. Методы измерений. В зависимости от способа обработки экспериментальных данных измерений для получения результата различают следующие виды измерений прямые, косвенные, совместные, совокупные и измерения корреляционно связанных величин. Прямое измерение это измерение, при котором значение величины находят непосредственно из опытных данных в результате выполнения измерения. Пример прямого измерения измерение вольтметром напряжения источника. Косвенное измерение это измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. При косвенном измерении значение измеряемой величины получают путем решения уравнения y = F(x 1,x 2,x 3. x n ), где x 1,x 2,x 3. x n значения величин, полученные в результате прямых измерений. Пример косвенного измерения сопротивление резистора находят из выражения R = U I, в которое подставляют результат прямых измерений падения напряжения U и протекающего через резистор тока I. Совместные измерения одновременные измерения значений нескольких неодноименных величин для определения зависимости между ними. Например, требуется определить градуировочную характеристику термосопротивления. Совокупные измерения одновременные измерения нескольких значений одноименных величин, при которых искомое значение находят решением системы уравнений, составленных по результатам прямых измерений различных сочетаний значений этих величин. Измерение корреляционно связанных величин измерение значений семейства функций х k (t) и у k (t), являющихся реализациями процессов Р х и Р у с целью установления взаимосвязи между ними. 17

18 Наличие взаимосвязи выражается в том, что в определенный момент времени t 0 существует такой параметр, при котором реализации процессов Р х и Р у совмещаются наилучшим способом. Методы измерения выделяются в зависимости от их взаимодействия с мерой, их классификация показана на рис Рис Классификация методов измерения Метод измерения — совокупность приемов использования принципов и средств измерений. Измерения производятся одним из двух методов: методом непосредственной оценки или методом сравнения с мерой. Метод непосредственной оценки — метод, при котором значение искомой величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора. Пример метода непосредственной оценки — измерение тока амперметром. Метод сравнения с мерой — метод измерения, при котором измеряемую искомую величину сравнивают с однородной величиной, воспроизводимой мерой. Метод сравнения с мерой имеет ряд разновидностей: — дифференциальный метод, — нулевой метод, — метод замещения, -совпадения. Нулевой метод это метод, в котором разность между измеряемой величиной и воспроизводимой мерой сводится к 0. 18

19 Рис Структурная схема нулевого метода, где НИ нуль-индикатор; Е х объект измерения; U о мера. Полярность важна: здесь устройства включены встречно; мы подбираем такую меру, выходной сигнал которой равен сигналу объекта измерения (т.е. i НИ =0). Разность измеряемой величины и величины воспроизводимой мерой в процессе измерения сводится к нулю, что фиксируется с помощью нуль-индикатора. Результат измерения равен значению меры. Метод обеспечивает высокую точность, если мера обладает высокой точностью, а НИ высокой чувствительностью. Обычно Подобный метод лежит в основе построения измерительных мостов. Достоинство метода точность. При дифференциальном методе, так же как и при нулевом, измеряемая величина находится путем измерения разницы между искомой величиной и непосредственно или косвенно с мерой. Рис 1.6. Структурная схема дифференциального метода. Разность измеряемой величины и величины воспроизводимой мерой измеряется с помощью средства измерения вольтметра (на рис. 1.6.). Результат определяется как сумма показания средства 19

20 измерения и величины воспроизводимой мерой E x = U + U 0. Для этого метода Метод замещения метод, при котором измеряемая величина замещается воспроизведенной мерой. Рис 1.7. Структурная схема метода замещения, где R x объект измерения; R 0 мера. В зависимости от положения ключа К можно записать уравнение: i x R x =u пит, i o R o =u пит. Откуда i x R x =i o R o, и R x = i 0 R 0 i x (1.8) Примером применения метода замещения может быть измерение сравнительно большого электрического сопротивления на постоянном токе путем поочередного измерения силы тока, протекающего через контролируемый резистор и образцовый. Питание цепи при измерениях должно производится от одного и того же источника тока. Сопротивление источника тока и прибора, измеряющего ток, должно быть очень мало по сравнению с изменяемым и образцовым сопротивлением. Метод совпадений это такой метод, при котором измеряемая величина определяется по периодическим сигналам или специальным шкалам. Фигура Лиссажу классический пример метода совпадений. Классификация измерительных приборов. Электроизмерительные приборы различаются по следующим признакам: 20

21 — по роду измеряемой величины; — по роду тока; — по степени точности; — по принципу действия; — по способу получения отсчета; — по характеру применения. Кроме этих признаков, электроизмерительные приборы можно также отличать: — по способу монтирования; — по способу защиты от внешних магнитных или электрических полей; — по выносливости в отношении перегрузок; — по пригодности к применению при различных температурах; — по габаритным размерам и другим признакам. Для измерения электрических величин применяются различные электроизмерительные приборы, а именно: — тока амперметр; — напряжения вольтметр; — электрического сопротивления омметр, мосты сопротивления; — мощности ваттметр; — электрической энергии счетчик; — частоты переменного тока частотомер; — коэффициента мощности фазометр. По роду тока приборы делятся на приборы постоянного тока, приборы переменного тока и приборы постоянного и переменного тока. По степени точности приборы делятся на девять классов:0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5 и 4. Цифры указывают значение допустимой приведенной погрешности в процентах. По принципу действия приборы подразделяются на: магнитоэлектрические; электромагнитные; электродинамические (ферромагнитные); индукционные и другие. По способу получения отсчета приборы могут быть с непосредственным отсчётом и самозаписывающие. По характеру применения приборы делятся на стационарные, переносные и для подвижных установок. 21

22 Тема 1.2. Метрологические показатели средств измерений. Общими характеристиками электроизмерительных приборов являются их погрешности, вариация показаний, чувствительность к измеряемой величине, потребляемая мощность, время установления показаний и надежность. Вариация показаний прибора это наибольшая разность показаний прибора при одном и том же значении измеряемой величины. Она определяется при плавном подходе стрелки к испытуемой отметке шкалы при движении ее один раз от начальной, а второй раз от конечной отметок шкалы. Вариация показаний характеризует степень устойчивости показаний прибора при одних и тех же условиях измерения одной и той же величины. Она приближенно равна удвоенной погрешности от трения, так как причиной вариации в основном является трение в опорах подвижной части. Чувствительность электроизмерительного прибора к измеряемой величине х называется производная от перемещения указателя а по измеряемой величине x. Перемещение указателя а, которое выражается в делениях или миллиметрах шкалы, для обширной группы приборов определяется, в первую очередь, углом отклонения подвижной части измерительного механизма. Кроме того, оно зависит от типа отсчетного устройства и его характеристик (стрелочный или световой указатель, длина шкалы, число делений шкалы и др.). Чувствительность собственно механизма приборов этой группы (независимо от применяемого отсчетного устройства) равна: S = da dx (1.9) Выражением определяется чувствительность прибора в данной точке шкалы. Если чувствительность постоянна, т.е. не зависит от измеряемой величины, то ее можно определить из выражения S = a x (1.9) В этом случае чувствительность прибора численно равна перемещению указателя, соответствующему единице измеряемой величины. У приборов с постоянной чувствительностью перемещение указателя пропорционально измеряемой величине, т.е. шкала прибора равномерна. Чувствительность прибора имеет размерность, зависящую от характера измеряемой величины, поэтому, когда пользуются 22

23 термином «чувствительность», говорят «чувствительность прибора к току», «чувствительность прибора к напряжению» и т.д. Например, чувствительность вольтметра к напряжению равна 10 дел./в. Величина, обратная чувствительности, называется ценой деления (постоянной) прибора. Она равна числу единиц измеряемой величины, приходящихся на одно деление шкалы: c = 1 (1.10) s Например, если S=10 дел./в, то С 0,1 В/дел. При включении электроизмерительного прибора в цепь, находящуюся под напряжением, прибор потребляет от этой цепи некоторую мощность. В большинстве случаев эта мощность мала с точки зрения экономии электроэнергии. Но при измерении в маломощных цепях в результате потребления приборами мощности может измениться режим работы цепи, что приведет к увеличению погрешности измерения. Поэтому малое потребление мощности от цепи, в которой осуществляется измерение, является достоинством прибора. Мощность, потребляемая приборами в зависимости от принципа действия, назначения прибора и предела измерения, имеет самые различные значения и для большинства приборов лежит в пределах от до 15 Вт. После включения электроизмерительного прибора в электрическую цепь до момента установления показаний прибора, когда можно произвести отсчет, проходит некоторый промежуток времени (время успокоения). Под временем установления показаний следовало бы понимать тот промежуток времени, который проходит с момента изменения измеряемой величины до момента, когда указатель займет положение, соответствующее новому значению измеряемой величины. Однако если учесть, что всем приборам присуща некоторая погрешность, то время, которое занимает перемещение указателя в пределах допустимой погрешности прибора, не представляет интереса. Под временем установления показаний электроизмерительного прибора понимается промежуток времени, прошедший с момента подключения или изменения измеряемой величины до момента, когда отклонение указателя от установившегося значения не превышает 1,5% длины шкалы. 23

24 Время установления показаний для большинства типов показывающих приборов не превышает 4 с. Цифровые приборы характеризуются временем измерения, под которым понимают время с момента изменения измеряемой величины или начала цикла измерения до момента получения нового результата на отсчетном устройстве с нормированной погрешностью. Под надежностью электроизмерительных приборов понимают способность их сохранить заданные характеристики при определенных условиях работы в течение заданного времени. Если значение одной или нескольких характеристик прибора выходит из заданных предельных значений, то говорят, что имеет место отказ. Количественной мерой надежности является минимальная вероятность безотказной работы прибора в заданных промежутке времени и условиях работы. Вероятностью безотказной работы называется вероятность того, что в течение определенного времени Т непрерывной работы не произойдет ни одного отказа. Время безотказной работы указано в описаниях приборов. Часто пользуются приближенным значением этого показателя, определяемым отношением числа приборов, продолжающих после определенного времени Т безотказно работать, к общему числу испытываемых приборов. Например, для амперметров и вольтметров типа Э8027 минимальное значение вероятности безотказной работы равно 0,96 за 2000 ч. Следовательно, вероятность того, что прибор данного типа сохранит заданные характеристики после 2000 ч работы, составляет не менее 0,96, иными словами, из 100 приборов данного типа после работы в течение 2000 ч, как правило, не более четырех приборов будут нуждаться в ремонте, К показателям надежности относят также среднее время безотказной работы прибора, которое определяется как среднее арифметическое время исправной работы каждого прибора. Обычно, когда приборы начинают выпускать серийно, некоторая небольшая часть их отбирается для испытаний на надежность. Показатели надежности, определенные по результатам этих испытаний, присваивают всей серии приборов. Гарантийным сроком называют период времени, в течение которого завод-изготовитель гарантирует исправную работу изделия при соблюдении правил эксплуатации прибора. Например, 24

Читайте также:  Применение классы точности средств измерений

25 для микроамперметров типа М266М предприятие-изготовитель гарантирует безвозмездную замену или ремонт прибора в течение 36 мес со дня отгрузки с предприятия, а для частотомеров типа Э373 этот срок составляет 11 лет. Погрешности измерений. При любом измерении физической величины неизбежны погрешности, какими бы точными и совершенными ни были средства и методы измерения и как бы тщательно ни выполнялись эти измерения. Поэтому истинное значение физической величины определяется только приблизительно. Погрешность характеризует несовершенство измерения. Характеристикой качества измерения является точность измерения v, отражающая меру близости результата измерения к истинному значению измеряемой физической величины. Вопросы погрешности являются основополагающими в теории и практике метрологии, в которой используются два понятия: погрешность результата измерения и погрешность средства измерения. Эти понятия близки друг к другу и классифицируются по одинаковым признакам. Погрешность результата измерения это отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой физической величины. Так как истинное значение измеряемой величины неизвестно, то при количественной оценке погрешности измерения используют значение физической величины, найденное экспериментально и настолько близкое к истинному значению, что в реальной измерительной задаче может быть использовано вместо него. Погрешность средства измерения это разность показаний средства измерения и истинного (действительного) значения измеряемой физической величины. Она характеризует точность измерений, выполняемых с помощью данного прибора. В электротехнических измерениях различают несколько видов погрешностей, которые можно разделить на две большие группы: основная и дополнительная. Основная погрешность определяется при нормальных условиях работы (температуре, давлении и влажности окружающей среды, частоте, форме и значению питающего напряжения). 25

26 Дополнительная погрешность появляется при отклонении значений, влияющих на результат измерения, от нормальных. Основная погрешность включает в себя две составляющие: систематическую и случайную. Систематическая погрешность при повторных измерениях одной и той же величины одним и тем же прибором остается постоянной или изменяется по определенному закону. В обоих случаях она легко обнаруживается и может быть исключена из результата измерений. Источниками систематической погрешности могут быть средство измерения (инструментальная составляющая), метод измерения (методическая составляющая), оператор (субъективная составляющая). Практическими рекомендациями по уменьшению систематической погрешности являются предварительная установка показания индикатора на нуль, предварительная калибровка прибора и введение поправки. Предварительная (перед измерением) установка показания индикатора на нуль может производиться с помощью: — механического корректора (для электромеханических приборов); — регулировочного потенциометра, обозначенного символом (для электронных приборов аналоговых и цифровых). Предварительная калибровка (только для электронных приборов) выполняется с помощью регулировочного потенциометра, выведенного на лицевую панель прибора и обозначенного символом. Значение калибровочного сигнала обычно указывается на шильдике (лицевая панель) и в паспорте прибора. Случайная погрешность при повторных измерениях изменяется случайным образом. Она резко выделяется на фоне систематической погрешности. Основным способом уменьшения случайной погрешности является обработка результатов измерений методами статистики и теории вероятности. Погрешности прямых измерений. Прямое измерение это измерение, при котором искомое значение физической величины определяют непосредственно по индикатору прибора. Часто под прямым понимают такое измерение, при котором промежуточное преобразование не 26

27 производится. Примером прямых измерений может служить измерение фазового сдвига и напряжения известными приборами (фазометрами и вольтметрами). Абсолютная погрешность измерения, это отклонение результата измерения (показание рабочего прибора А и ) от истинного значения (показание образцового прибора А обр ), взятое по модулю: = А обр А и (1.11) Истинное значение измеряемой величины неизвестно, поэтому вместо него используют так называемое действительное значение значение измеряемой величины, найденное экспериментальным путем с помощью образцового прибора. На практике значение погрешности измерения можно оценить только приближенно. Для получения действительного значения измеряемой величины в ряде случаев учитывают погрешности средств измерений путем введения поправок. Поправка, с абсолютная погрешность, взятая с обратным знаком: с = (1.12) Абсолютная погрешность, характеризуя значение полученной погрешности, не определяет качество проведенного измерения. Поэтому используют действительную относительную погрешность измерения. Действительная относительная погрешность измерения, γ д отношение абсолютной погрешности измерения к показанию рабочего прибора, выраженное в процентах: γ д = 100 (1.13) А Действительная относительная погрешность измерения связана обратной зависимостью с точностью измерения v высокой точности измерения соответствует малая погрешность: v = 1 (1.14) γ д Приведенная относительная погрешность, γ пр это отношение наибольшей абсолютной погрешности к некоторому нормирующему (номинальному) значению выраженное в процентах: γ пр = max 100 А н (1.15) 27

28 Обобщая полученные сведения, можно утверждать, что в широко распространенной односторонней шкале номинальное значение всегда равно верхнему пределу шкалы прибора (А н =А max ). В многопредельных амперметрах и вольтметрах с односторонней шкалой переключатель пределов указывает номинальное значение. Анализ формул позволяет представить график зависимости погрешностей показания измерительного прибора на примере использования прибора с односторонней шкалой. Из графика зависимости γ д = f(a) (рис. 1.8) следует важный вывод, имеющий практическое значение: действительная относительная погрешность измерения максимальна в 1-й четверти шкалы аналогового прибора и минимальна в 4-й. Следовательно, для получения наименьшей погрешности измерения необходимо использовать 4-ю (в крайнем случае 3-ю) четверть шкалы. Рис График зависимости погрешностей γд и γпр от показания измерительного прибора Из графика зависимости γ пр = f(a) следует, что приведенная относительная погрешность не зависит от показания аналогового прибора, поэтому величина положена в основу класса точности электромеханических приборов. Электромеханические приборы делятся на девять классов точности. Класс точности всегда указывается на лицевой панели 28

29 (цифрой без знака «%») и является сравнительной характеристикой различных электромеханических приборов. Класс точности прибора, характеризуя приведенную относительную погрешность, не является непосредственным показателем точности измерения, так как существующая зависимость между действительной и приведенной относительными погрешностями выражается формулой: А γ д = γ н пр (1.16) А Из формулы следует, что погрешность измерения зависит не только от класса точности (γ пр ), но и от показания прибора А(положения стрелки индикатора). Погрешности косвенных измерений. Косвенное измерение это измерение, при котором искомое значение величины определяется путем выполнения определенных математических операций, т.е. оценка погрешности косвенных измерений производится по формуле: γ д = k 1 γ д1 + k 2 γ д k n γ дn (1.17) где k 1, k 2, k n показатели степени (могут быть положительными, отрицательными, целыми или дробными числами); γ д1, γ д2,, γ дn относительные действительные погрешности прямых измерений. Анализ формулы позволяет сделать вывод, что при косвенных измерениях погрешность, как правило, больше, чем при прямых измерениях. Рассмотрим пример. Напряжение 40 В измерено вольтметром с односторонней шкалой; номинальное значение прибора 50 В, 6- й класс точности (1,0%). Сила тока 2 ма измерена амперметром с односторонней шкалой; номинальным значением прибора 3 ма, 6-й класс точности (1,0%). Определить значение измеренного сопротивления резистора, а также относительную и абсолютную погрешности измерения сопротивления резистора. Решение. В основе измерения сопротивления резистора лежит формула закона Ома: R = U I = 40 В А = Ом = 20 ком Измерение сопротивления резистора косвенное, поэтому погрешность измерения определим по формуле: γ дr = k 1 γ д1 + k 2 γ д2 29

30 Формулу R = U I запишем в виде R = U 1 I 1 Из формулы следует, что k 1 =1, k 2 =-1. Погрешность γ д1 не что иное, как действительная относительная погрешность прямого измерения напряжения, а γ д2 действительная относительная погрешность прямого измерения силы тока, которые находим по формуле: γ дu = γ прв U н U γ дi = γ прa I н = 1% 50 В 40 В = 1,25% = 1% 3 мка 2 мка = 1,5% I Подставив полученные значения в формулу γ дr получим: γ дr = 1 1,25% + 1 1,5% = 2,75% Используя формулу в виде γ дr = R R 100 Найдем R R = γ дr R 20 ком 2,75% = = 0,55 ком Относительные погрешности могут быть положительными и отрицательными. Большинство электронных приборов класса точности не имеют. Допустимые значения абсолютной и действительной относительной погрешностей приводятся в техническом паспорте в виде конкретной цифры или формулы. Поверка электроизмерительных приборов Поверкой средств измерений называют определение погрешности приборов, а также целый комплекс операций, направленный на определение состояния средства измерения. Целью поверки является определение возможности дальнейшей эксплуатации средства измерения. В большинстве случаев определение погрешности производится методом сличения показаний поверяемого прибора с показаниями образцового. Во всех случаях меры, преобразователи и приборы, имеющие более высокий класс точности, являются образцовыми, для устройств с более низким классом точности. 30

31 Есть ряд мероприятий, который выполняется при поверке для средств измерений любого исполнения. Последовательность операций при поверке электроизмерительного прибора: 1. Внешний осмотр преследует две основные цели: определение требований предъявляемых к прибору и выявление механических дефектов, которые могут привести к искажению измерительной информации или выходу его из строя. По условным обозначениям, нанесенным на шкалах приборов, можно определить требования к их эксплуатации, например его нормальное положение при работе, номинальное напряжение и ток, схему подключения в цепь. Полученная информация используется при поверке. При осмотре обращают внимание на наличие трещин в корпусе и на лицевой стороне прибора, состояние штепсельных разъемов и контактной системы. Все детали внутри должны быть посажены на место, под стеклом не должно быть посторонних предметов. Корректор должен позволять перемещать стрелку на 5% длины шкалы в любую сторону, а также устанавливать стрелку на ноль. Если совместно с прибором используются масштабные преобразователи, последние должны быть также осмотрены, их класс точности должен быть выше, чем у поверяемого прибора. При выявлении вышеуказанных дефектов прибор не допускается к дальнейшей эксплуатации. 2. Выбор метода проверки производится в зависимости от типа, характера конструкции прибора различными способами: сличают показания поверяемого прибора с показаниями образцового прибора при измерении одной и той же величины либо измеряют отдельные параметры данного прибора, определяющие правильность его работы. Погрешность приборов классов 0,05 0,5, пригодных для постоянного тока, проверяют компенсационным методом на постоянном токе. Погрешность приборов класса 0,1 0,5, пригодного для постоянного и переменного тока, производится на постоянном токе компенсационным, а на переменном токе термоэлектрическим методом. 31

32 Погрешность приборов классов 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 определяют методом счисления с образцовыми приборами непосредственной оценки или любым более точным методом. Допускается также поверка всех приборов класса 0,5 методом счисления с образцовым прибором класса 0,1. Поверка рабочих приборов класса 0,5 может производиться методом сличения с образцовым прибором класса 0,2 с длиной шкалы не менее 300 мм при условии введения поправок к показаниям последних. При выборе образцовых приборов необходимо учитывать ряд общих требований, выполнение которых имеет существенное значение для обеспечения правильности результатов, он должен быть более точным, чем проверяемый. Допускаемая погрешность образцового прибора в том случае, когда поправки к его показаниям не учитываются, должна быть по крайней мере в 5 раз меньше допускаемой погрешности проверяемого прибора. 3. Определение погрешностей прибора. При поверке измерительных приборов выявляются степень точности их показаний. Неточное показания дают неправильное представление об измеряемой величине, а, следовательно, и о характере работы той или иной электрической установки. Высокая точность соответствует малой погрешности измерений. Определение погрешностей прибора является основной операцией процесса поверки. Погрешности имеют следующую классификацию: — абсолютная погрешность, определяется как разность между показанием прибора и действительным значением измеряемой величины; — относительная погрешность это отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины; — приведенная погрешность измеряется как отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению. Основная приведенная погрешность на всех отметках шкалы не должна превышать класса точности приборов. Приборы с погрешностью, превышающей допустимую, к эксплуатации не допускаются. 32

33 РАЗДЕЛ 2. ПРИБОРЫ ФОРМИРОВАНИЯ СТАНДАРТНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИГНАЛОВ Тема 2.1. Генераторы сигналов низкой частоты Для радиотехнических и электротехнических измерений характерны особенности: широкий диапазон частот, многообразие форм сигналов и видов модуляции. Генератор сигналов это устройство, позволяющее получать сигнал определённой природы (электрический, акустический или другой), имеющий заданные характеристики (форму, энергетические или статистические характеристики и т. д.). Генераторы широко используются для преобразования сигналов, для измерений и в других областях. Состоит из источника (устройства с самовозбуждением, например усилителя охваченного цепью положительной обратной связи) и формирователя (например, электрического фильтра). В радиотехнике и электронике генератор используется для получения сигнала с заданными параметрами статических и энергетических показателей, а также применяется для преобразования сигналов различной природы и измерения их качественных характеристик. Генераторы разделяют: 1. По форме сигнала: — Г2 шумовых сигналов; — Г3 синусоидальных низкочастотных (НЧ) сигналов; — Г4 синусоидальных высокочастотных (ВЧ) сигналов; — Г5 импульсных сигналов; — Г6 сигналов специальной формы. 2. По частоте: — НЧ (20 Гц 200 кгц); — ВЧ (200 кгц 300 МГц); — сверхвысокочастотных (СВЧ) (выше 300 МГц); — с коаксиальным выходом на частотах 300 МГц 1 ГГц; — с волновым выходом на частотах более 10 ГГц. 3. По виду модуляции: — с амплитудной; — частотной; — фазовой; — импульсной. 33

34 Стандартный генератор сигналов состоит из двух составных частей — источника и формирователя. Источник производит сигнал, тогда как формирователь изменяет его, с целью получения заданных параметров: усиливает, уменьшает, меняет частоту. Генераторы низких, высоких и сверхвысоких частот являются источниками гармонического сигнала. Низкочастотные генераторы. Низкочастотные генераторы, или генераторы низких частот (ГНЧ), являются источниками синусоидального сигнала в разных диапазонах частот: F 200 кгц. В приборах некоторых типов наряду с синусоидальным сигналом вырабатывается сигнал, называемый меандром. Рис Структурная схема аналогового ГНЧ ГНЧ применяются для всестороннего исследования трактов радиоприемных устройств, для питания мостов переменного тока и пр. Задающий генератор определяет форму и все частотные параметры сигнала: диапазон частот, погрешность установки частоты, нестабильность частоты, коэффициент нелинейных искажений. Если на лицевой панели прибора форма сигнала не указана, то она всегда синусоидальная. В качестве задающего используются генераторы типа RC, колебательная система которых состоит из фазирующих RC — цепей. Весь частотный диапазон генератора поделен на 3 4 поддиапазона. Каждому поддиапазону 34

Источник